Лабораторна робота №2 дослідження ефективності застосування режиму оптимізації енергоспоживання при використанні двигуна постійного струму
МЕТА: Вивчити залежність розподілу втрат у двигуні постійного струму (ДПС), а також залежність коефіцієнта корисної дії (ККД) від коефіцієнта завантаження та дослідити режим оптимізації енергоспоживання при впливі на співвідношення втрат у двигуні
Основні теоретичні відомості
У процесі роботи
в електричній машині відбувається
перетворення одного виду енергії на
інший. При цьому частина енергії, яка
надходить до машини, розсіюється в
окремих її ділянках, перетворюючись на
теплоту. Тому корисна потужність на
виході двигуна (на валу)
завжди менша за потужність на вході
(споживаної)
на величину сумарних втрат
:
,
,
(2.1)
.
Сумарні втрати
поділяються на втрати, які залежать від
навантаження (змінні
) та незалежні від навантаження (постійні
):
. (2.2)
Постійні втрати включають втрати в сталі магнітопровода, механічні втрати та втрати в обмотці збудження (ОЗ):
.
(2.3)
Втрати в сталі магнітопровода залежать від величини та частоти зміни потоку:
, (2.4)
де
– втрати в сталі при номінальному режимі
роботи, Вт;
– діюча і номінальна
частота перемагнічування сталі, Гц;
– діючий і
номінальний потік, Вб;
– коефіцієнт, що
залежить від марки сталі магнітопровода
.
Механічні втрати залежать від швидкості обертання двигуна:
, (2.5)
де
– механічні втрати при номінальному
режимі, Вт;
– номінальна і
діюча частоти обертання вала машини,
рад/с;
– коефіцієнт, що
залежить від типу механічної частини
двигуна
.
Втрати в ОЗ:
, (2.6)
де
– струм, що протікає в ОЗ, А;
– опір ОЗ, Ом.
Втрати в ОЗ пропорційні квадрату струму збудження:
,
(2.7)
де
– втрати в ОЗ при номінальному режимі,
Вт;
– діючий і
номінальний струм ОЗ, А.
Змінні втрати
складаються з втрат в обмотці якоря
двигуна:
, (2.8)
де
– струм, що протікає в обмотці якоря,
А;
– опір обмотки
якоря, Ом.
Втрати в обмотці якоря пропорційні квадрату струму якоря:
,
(2.9)
де
– втрати в якірному ланцюзі при
номінальному режимі, Вт;
– діючий і
номінальний струм якоря, А.
Аналіз наведених
виразів для розрахунку втрат показує,
що електричні втрати в обмотці якоря
залежать від навантаження двигуна,
тобто є змінними. Що ж стосується
магнітних, механічних втрат в ОЗ, то
вони практично не залежать від
навантаження, тобто їх можна вважати
постійними.
ККД двигуна при змінах навантаження також змінює свою величину. У режимі холостого ходу ККД дорівнює нулю, а потім зі збільшенням навантаження ККД зростає, досягаючи максимуму при навантаженні, що відповідає рівності змінних і постійних втрат:
. (2.10)
Залежність втрат і ККД двигуна від навантаження показана на рисунку 2.1.
Рисунок 2.1 – Залежність втрат і КПД двигуна від навантаження
При недовантаженні
та цілеспрямованому впливі на двигун
існує можливість змінювати у відповідних
межах його сумарні втрати, не змінюючи
режиму роботи на валу, який характеризується
моментом М та кутовою швидкістю
.
Таким чином, при зміні змінних втрат
(зміна навантаження), змінюючи величину
постійних втрат і досягаючи їхньої
рівності, можна досягти режиму роботи
двигуна, що характеризується найменшими
втратами.
У ДПС із незалежним
збудженням параметром, на який можна
впливати (і змінювати величину постійних
втрат), є струм ОЗ (при
).